Seminário

Analysis and improvement of the lattice Boltzmann modeling of rotating channel flows

Sala 3.2.16, Ciências ULisboa

Por Gonçalo Silva (IDMEC, Mechatronics Department, Univ. Évora, Portugal).

The lattice Boltzmann method (LBM) is recognised as a well-established numerical technique, capable of solving a wide variety of fluid flow problems [1]. This talk will focus on a very specific application: the LBM modeling of rotating channel flows [2]. Despite the apparent simplicity of the problem, current CFD commercial codes still show difficulties in solving it [3], and LBM is also no exception [2]. The goal of this presentation is to tackle this problem, starting from a standard LBM-BGK model [4] subject to a popular forcing scheme [5] and, taking a step-by-step analysis based on simple numerical examples, progressively reveal which difficulties the method is expected to face and which strategies can be adopted to overcome them. The points of analysis will cover almost every element of the LBM algorithm, namely:

  1. LBM collision model: Is a single-relaxation-time model (LBM-BGK) able to support physically consistent numerical solutions? Why a two-relaxation-time model (LBM-TRT) [6] should be seriously considered as alternative?
  2. LBM forcing model: Is the popular Guo et al. [5] forcing model able to reproduce consistent external forces in incompressible hydrodynamics [7]? Should we be expecting the inevitable presence of LBM force errors [8]? What are their consequences? Is there any strategy to correct/mitigate them?
  3. LBM lattice and equilibrium models: Do all cubic lattices (D3Q15, D3Q19 and D3Q27) perform identically, taking the same equilibrium [9]? What might explain the differences? Can we correct them by tailoring the equilibrium to the lattice [10]?

The focus of the talk will be dedicated to answering each of these questions and, at the same time, providing an improved LBM scheme, capable of competing (or even outperforming) state-of-the-art CFD second-order strategies typically used in this problem class.

References:

  • [1] T. Krüger, H. Kusumaatmaja, A. Kuzmin, O. Shardt, G. Silva, E. M. Viggen, The Lattice Boltzmann Method- Principles and Practice (1st ed., Springer, 2016). (ISBN: 978-3-319-44647-9)
  • [2] G. Silva, “Consistent lattice Boltzmann modeling of rotating channel flows” (Under preparation)
  • [3] T. Glatzela et al., “Computational fluid dynamics (CFD) software tools for microfluidic applications – A case study,” Comput. Fluids 37, 218–235 (2008) (doi: 10.1016/j.compfluid.2007.07.014)
  • [4] Y. Qian, D. d’Humi`eres, P. Lallemand, “Lattice BGK models for Navier–Stokes equation,” Europhys. Lett. 17, 479–484 (1992) (doi: 10.1209/0295-5075/17/6/001)
  • [5] Z. Guo, C. Zheng, B. Shi, “Discrete lattice effects on the forcing term in the lattice Boltzmann method,” Phys. Rev. E. 65, 046308 (2002) (doi: 10.1103/PhysRevE.65.046308)
  • [6] I. Ginzburg, F. Verhaeghe, D. d’Humi`eres, Two-relaxation-time lattice Boltzman scheme: about parametrization, velocity, pressure and mixed conditions, Commun. Comp. Phys. 3, 427 (2008)
  • [7] G. Silva, “Discrete effects on the forcing term for the lattice Boltzmann modeling of steady hydrodynamics,” Comput. Fluids 203, 104537 (2020) (doi: 10.1016/j.compfluid.2020.104537)
  • [8] Silva G., Talon L., Ginzburg I., “Low-and high-order accurate boundary conditions: From Stokes to Darcy porous flow modeled with standard and improved Brinkman lattice Boltzmann schemes,” J. Comput. Phys. 335, 50–83 (2017) (doi: 10.1016/j.jcp.2017.01.023)
  • [9] G. Silva, V. Semiao, “Truncation errors and the rotational invariance of three-dimensional lattice models in the lattice Boltzmann method,” J. Comput. Phys. 269, 0021-9991 (2014) (doi: 10.1016/j.jcp.2014.03.027)
  • [10] M. Bauer, G. Silva, U. R ̈ude, “Truncation errors of the D3Q19 lattice model for the lattice Boltzmann method,” J. Comput. Phys. 405, 109111 (2020) (doi: 10.1016/j.jcp.2019.109111
11h00-12h00
CFTC - Centro de Física Teórica e Computacional
Logótipo da ação CLEANFOREST

Forests are exposed to multiple global change drivers, wich can constrain their ability to continue providing several ecosystem services (including climate change mitigation). Assessing responses - and underlined mechanisms -  at the whole ecosystem scale is paramount for a holistic understanding of forest response to global change.

Seminário Permanente de Filosofia das Ciências, por Jean-Baptiste Joinet (Université Jean Moulin Lyon 3, IRPhiL).

Seminário do Centro de Física Teórica e Computacional, por Eduardo V. Castro (Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Portugal).

Logótipo do evento

Evento final do Projeto iSEA, com inscrições até 30 de abril.

Earth Systems Seminar, por Sandra Plecha (IDL, Centre OIE - Mines Paris).

Seminário do Departamento de Física de Ciências ULisboa, por Kora Muzic (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, FCUL).

Logótipo do Dia Aberto e fotografia de atividade de investigação

Novas vagas disponíveis para o Dia Aberto em Ciências!

Aula aberta no âmbito da Unidade Curricular de Linguagens de Domínio, por Bruno Martinho (OutSystems).

Título e data do workshop

Workshop no âmbito da recente adesão da Universidade de Lisboa à CoARA - Coalition for Advancing Research Assessment.

Título/data/local/orador do evento

Lisbon AI Seminar, por Francisco Laranjinha (CFCUL/RG2).

Título e datas de candidatura do programa, sobre um padrão em tons de roxo e laranja

Submissão de candidaturas até 14 de maio.

Título do curso

Curso Avançado CEAUL / Gades Solutions.

Aula aberta no âmbito da Unidade Curricular de Aprendizagem Profunda, por João Carreira (Deepmind).

Logótipo do EVM 2024

Candidaturas até 15 de maio.

Os oradores plenários irão falar sobre a importância da interdisciplinaridade de forma acessível para todos, estando previstas palestras e apresentação de pósteres por alunos.

Logótipo do LIP Summer Internship Program e fotografia de jovem investigador

Os estágios podem ter uma duração entre duas semanas e dois meses e realizam-se nos três polos do LIP - candidaturas até 15 de maio.

Um evento dirigido aos alunos do ensino secundário, consistindo numa palestra sobre a microscopia e em visitas aos laboratórios de microscopia/demonstrações experimentais simples.

Aula aberta no âmbito da Unidade Curricular de Aprendizagem Profunda, por Hugo Penedones (Inductiva).

Árvore florida

A minha Jornada pela Matemática: Descobertas, Escolhas e Desafios, por Ana Catarina Monteiro - estudante do Mestrado em Matemática (Licenciatura: Matemática).

O workshop contribui para aproximar a Ciência e as Políticas Públicas na construção de políticas informadas por evidências.

Composição com os nomes das Universidades participantes

Candidaturas até 25 de maio (mobilidades no 1.º semestre).

Título do prémio

As candidaturas decorrem até ao dia 31 de maio.

Inscrições até 24 de maio.

Título do programa e logótipos das entidades organizadoras, sobre fotografia do espaço

O programa decorre de 08 a 26 de julho, com candidaturas até 03 de junho.

Pormenor de linguagem corporal (braços e mãos) de pessoa a dialogar

Ação de formação para docentes e investigadores de Ciências.

Páginas